Corso di laurea in Ingegneria Meccanica e Meccatronica
(curriculum Meccanico & curriculum Meccatronico)
COSTRUZIONE DI MACCHINE
E LABORATORIO
Marino Quaresimin
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 1
Obiettivo formativo
Fornire i p
principi
p del dimensionamento di
componenti meccanici (in materiale isotropo)
gg
a sollecitazioni statiche e di fatica ad alto
soggetti
numero di cicli
(9 crediti entrambi i curricula)
Fornire le conoscenze di base p
per l'analisi
strutturale di componenti meccanici medianti codici
di calcolo ad elementi finiti. (Elementi trave)
(3 crediti curriculum Meccanico)
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 2
Argomenti trattati - I
•
•
Introduzione – Metodologia di sviluppo di un progetto/prodotto
•
•
•
Equazione linea elastica
•
•
Analisi e soluzione di strutture isostatiche e iperstatiche (calcolo
reazioni vincolari e tracciamento diagrammi di sollecitazione)
Ri hi i di resistenza
Richiami
i t
d i materiali
dei
t i li
Analisi dello stato di tensione nei componenti meccanici per
sollecitazioni
ll it i i semplici
li i (trazione,
(t i
fl
flessione,
i
t li e torsione)
taglio
t
i
) e
composte
T
Tensioni
i i principali
i i li e cerchi
hi di Mohr,
M h criteri
it i di resistenza
i t
Dimensionamento e verifica a resistenza statica e deformabilità
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 3
Argomenti trattati - II
•
Progettazione a fatica in presenza di storie di carico ad
ampiezza costante e introduzione all’ampiezza variabile
•
Introduzione al Calcolo ad elementi finiti di componenti
meccanici. Teoria, esercizi ed esercitazioni al calcolatore (in
laboratorio) finalizzate all'analisi lineare elastica di strutture
modellate con elementi trave.
trave
Progettazione e verifica di componenti strutturali di interesse applicativo:
•
Progettazione dell’albero intermedio di un riduttore – (Sistemi
di trasmissione
t
i i
e cuscinetti)
i tti) (Esercitazione
(E
it i
a gruppi)
i)
•
Travi curve e Serbatoi e recipienti in parete sottile (membrane)
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 4
Attività
Atti
ità integrativa
i t
ti - sessioni
i i
sperimentali in laboratorio
Gruppi di 10
10-15
15 studenti/ durata un paio d
d’ore
ore
•
prove di rottura statica a trazione (determinazione delle
caratteristiche di resistenza da utilizzare in fase di
progettazione)
•
•
simulazioni
i l i i di prove di fatica
f ti
•
applicazioni
pp
di termografia
g
all’infrarosso
applicazione di tecniche estensimetriche per la misura di
deformazioni e carichi
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 5
Testi consigliati
g
•
M.Quaresimin, M.Zappalorto – Lezioni
Costruzione di Macchine – CLEUP
•
•
A
Appunti
ti delle
d ll lezioni,
l i i copie
i dei
d i lucidi
l idi e dispense
di
i t
integrative
ti
ed esercizi di
Materiale in rete:
http://www.gest.unipd.it/~marinoq e Moodle
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Altri testi in italiano e inglese
disponibili in biblioteca
•
•
•
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•
•
BELLUZZI, "Scienza delle Costruzioni" vol. I e II (Zanichelli)
GIOVANNOZZI "Costruzione
GIOVANNOZZI,
"C t i
di Macchine"
M
hi " (Patron)
(P t )
JUVINALL, MARSHEK "Fondamenti della Progettazione dei Componenti delle Macchine" (Edizioni ETS)
SHIGLEY, MISCHKE "Mechanical Engineering Design" V Ed. (McGraw-Hill)
CHENG "Static and Strength of Materials" (McGraw-Hill)
PIGHINI "Elementi Costruttivi delle Macchine" vol. I e II, (Masson)
FUCHS "Metal Fatigue in Engineering" (J.Wiley & S.)
HERTZBERG "Deformation and Fracture Mechanics o Engineering Materials" (J.Wiley & S.)
SURESH "Fatigue
Fatigue of Materials
Materials" Ed.Cambridge University Press
DIETER “Engineering design : a materials and processing approach”
Manuali e formulari
NUOVO COLOMBO "Manuale
Manuale dell
dell' Ingegnere
Ingegnere" Ed.
Ed Hoepli
DUBBEL “Manuale di ingegneria meccanica” Springer
PETERSON "Stress Concentration Factors" J.Wiley & S.
YOUNG, “Roark's Formulas for Stress and Strains VI” McGraw-Hill
LE MONNIER "Prontuario
"P t i per il calcolo
l l di elementi
l
ti strutturali"
t tt li"
Collane di meccanica (testi molto semplici, consigliati per una consultazione veloce e per esempi applicativi)
VIANELLO "Corso di meccanica applicata alle macchine" (Sansoni)
STRANEO CONSORTI (tre volumi)
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Lezioni ed orari
Lezioni frontali in aula p
più 1 o 2 sessioni integrative
g
in
laboratorio per attività sperimentale
ORARIO LEZIONI (aula B2)
(
(per
t tti!)
tutti!)
•
•
•
Lunedi
11.00-12.30
Martedi
9 15 10 45
9.15-10.45
14 15 15 45
14.15-15.45
Mercoledì 9.15-10.45
laboratorio EF in aula di informatica il martedi 14
14-16
16 (per MC
comunicazioni a lezione), aula prenotata tutto il pomeriggio per
esercitazioni libere
RICEVIMENTO su appuntamento, conferma a lezione)
COMUNICAZIONI via e-mail: Moodle
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ESAME
•
Prova scritta con 2/3 esercizi e 2/3 domande aperte
(3 ore) 20 punti esercizi e 10 teoria (necessaria sufficienza in entrambe
le parti!)
•
Discussione del compito con integrazione orale della parte
di teoria
t i e verifica
ifi (sempre!)
(
!) sull’esercitazione.
ll’
it i
•
Durante la prova scritta è possibile consultare solamente il
formulario ufficiale disponibile in rete
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 9
Recapiti
MARINO QUARESIMIN
Dipartimento di Tecnica e Gestione dei sistemi industriali
Università di Padova
Stradella S.Nicola 3, 36100 Vicenza
Tel. 0444-998723 FAX 0444-998888
E-mail [email protected]
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 10
Cosa d
C
dobbiamo
bbi
iintendere
t d
per
“Progettazione
g
meccanica”?
La progettazione di un componente va oltre il concetto di
M hi D
Machine
Design
i od
dell semplice
li calcolo
l l strutturale,
t tt l ma è
invece una delle fasi di sviluppo prodotto e come tale DEVE
essere integrata con le attività di altre funzioni aziendali!
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 11
Aspetti
A
tti gestionali
ti
li
dell’area
dell
area progettazione
•
Gestione delle metodologie e degli strumenti per la progettazione
(CAE: CAD, FEM, …)
•
Gestione della documentazione tecnica
– Progetti
– Normative e manuali di riferimento per la progettazione
– Normative di riferimento per la sicurezza dei prodotti (es. DL 115-95) e per la
responsabilità civile del produttore (es. DPR. 224-88)
– Normative sulla sicurezza (es. Direttiva Macchine e L 626-94)
– Riviste tecniche e altro
•
•
Gestione del Know-How aziendale
Integrazione
g
con le altre funzioni aziendali ((R&D,, Produzione,,
Manutenzione, Marketing, Amministrazione)
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 12
Processo di sviluppo
di un nuovo prodotto
d tt
•
•
Analisi del prodotto o della macchina e delle funzioni che deve svolgere
•
Individuazione dei componenti critici dal punto di vista funzionale, della
resistenza e della sicurezza
•
Analisi comparativa di un ventaglio di possibili soluzioni e sintesi delle
migliori soluzioni da analizzare in fase preliminare (con il
coinvolgimento molte funzioni aziendali!)
•
•
•
•
•
Fase di progettazione (dimensionamento e/o verifica)
Definizione dei requisiti di progetto (incluse esigenze normative a cui
deve rispondere la macchina o il componente in esame)
Stesura del progetto preliminare
Realizzazione serie prototipale
Verifica prestazioni (comportamento e affidabilità)
Ottimizzazione finale
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 13
Engineering design : a materials and processing approach / G.E. Dieter
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 14
Fattori
F
tt i di rilievo
ili
nella
ll
progettazione
•
Caratteristiche meccaniche
–
–
–
–
•
•
•
•
•
resistenza ai carichi applicati, all'usura, alla corrosione, ecc.
rigidezza
rumorosità
……
Costo
Estetica
Funzionalità (manutenibilità)
Peso/Ingombro
Prestazioni
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 15
Fase di progettazione
•
•
•
•
•
•
•
•
Analisi della soluzione p
preliminare e valutazione dei p
parametri di
progetto
Schematizzazione strutturale del problema
p
Individuazione e schematizzazione delle condizioni di vincolo e
di carico
Analisi dello stato di sollecitazione presente sulla struttura
Individuazione delle sezioni critiche
Scelta dei materiali
Dimensionamento (o verifica) sulla base dei parametri di
progetto (statica, a fatica, a deformabilità, a usura, altro)
Definizione geometria finale
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 16
Schematizzazione
S
i
i
strutturale
Metodologia di calcolo
Carichi agenti sul
componente
Sviluppo di un nuovo
p
componente
Caratteristiche
C
tt i ti h di
resistenza dei
materiali
impiegati
Esigenze normative
(Strutturali-Qualità-Sicurezza)
(Strutturali
Qualità Sicurezza)
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procedura di dimensionamento
a resistenza o deformabilità
•
analisi dello stato di sollecitazione ((con stesura diagrammi
g
Mf,,
Mt, N, T)
•
espressione
p
dello stato di tensione ((oppure
pp
della deformata)) in
funzione delle caratteristiche geometriche della sezione
(incognite) e dello stato di sollecitazione agente
•
uguaglianza tra tensione equivalente o della deformata ai
rispettivi valori limite (amm , amm, amm)
•
determinazione dei parametri geometrici della sezione (J,
Wf o A)
•
esecuzione della verifica per la condizione non imposta
(deformata o coefficiente di sicurezza)
Marino Quaresimin – Costruzione di Macchine - slide 18
procedura
d
di verifica
ifi a
resistenza o deformabilità
•
analisi dello stato di sollecitazione (con stesura diagrammi Mf,
Mf
Mt, N, T)
•
determinazione dello stato di tensione e della deformata
(max, max, max) in funzione delle caratteristiche
geometriche della sezione (note) e dello stato di
sollecitazione agente
•
•
d t
determinazione
i
i
d ll stato
dello
t t di tensione
t
i
equivalente
i l t
confronto con i rispettivi
p
valori limite ((amm , amm, amm)
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